CN206917689U - 一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，主要包括生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置、稳流调节器、液态CO₂储罐、CO₂高压泵送装置、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却器和压缩机，所述太阳能CO₂蓄能装置包括集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置。本实用新型具有可就近利用乡村中量大的可再生生物质资源和太阳能为能源、且运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低等优点。

Description

一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统

技术领域

本实用新型涉及低碳与能源技术领域，尤其涉及一种以二氧化碳为工质，利用太阳能和/或生物质为能源的适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统。

背景技术

气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而大量的二氧化碳排放被认为是导致气候变暖的主要原因，我国作为世界上最大的发展中国家，以煤炭为主的一次能源和以火力发电为主的二次能源结构，随着经济总量的迅速增长，一次能源和二次能源的CO₂排放具有增长快、总量大的特点，为应对气候变化发展低碳能源尤其是可再生能源和新能源已成为人们的共识，生物质发电、太阳能发电及超临界二氧化碳发电等已受到广泛关注。

今天，生物质发电技术已成熟应用，但由于现有的生物质发电系统庞大、投资也很高，不适宜于地域广大而分散的乡村，加之运输成本问题不宜远距离运输，导致大量的生物质如秸秆、稻草等被遗弃或就地焚烧，严重污染环境，也影响空中飞行安全，虽然各级政府年年依法严查督办，但在电费仍昂贵乃至缺电的乡村，大量的生物质被就地焚烧大区域污染空气影响航空安全的事件仍屡禁不止。究其原因是缺少一种适应于广大乡村的生物质发电方法。而另一方面，投资仅数千元至数十万元不等的各类中小型燃煤沸腾炉、炉排炉、层燃炉及以高硫石煤为燃料的改进型沸腾炉在广大乡村乃至乡镇县城上得以普遍采用。

而随CCS技术应用发展起来的超临界二氧化碳发电系统较传统的热能发电系统的系统热效率、总重及占地面积、污染物排放等方面表现出显著的优势，但在应用上尚存在诸多的瓶颈，其一，现有的超临界二氧化碳发电系统其高效换热器是超临界发电系统工程应用的基础，客观上要求用高效换热器等压加热二氧化碳工质，因此，现行超临界二氧化碳试验环路的热交换大多使用印制电路板热交换器（PCHE），它适用于高工作温度和高工作压力，并具有良好的扩展能力，能满足用换热器等压加热二氧化碳工质的要求，但机构复杂，投资大；其二，现行的超临界二氧化碳发电系统包括热源、高速涡轮机、高速发电机、高速压气机、冷却器等，其循环过程为超临界二氧化碳经压缩机升压——用换热器等压加热二氧化碳工质——工质进入涡轮机推动涡轮做功带动电机发电——工质进入冷却器——再进入压缩机形成闭式循环，系统投资大；其三，现行的超临界二氧化碳布雷顿循环要求压缩机参数处于近临界点，降低换热端差，其压缩机压缩过程中压缩功仍占涡轮输出功的30%以上，实际运用的压缩过程中压缩功仍占到涡轮输出功的40% 到50%，即系统的压缩机自耗能仍偏高；再者，其系统循环的高效率需建立在冷却器出口即压气机吸入口（循环起点）的二氧化碳仍处于32℃、7.4MPa超临界状态的临界点上，超临界二氧化碳发电系统运行状态控制难度大，仍需要开展控制研究。显然，现有的超临界CO₂循环发电技术方案并不适合我国乡村。

在利用太阳能发电方面，以水为工质的太阳能发电系统已成熟应用，以CO₂为工质的太阳能发电系统国内外的技术工作者亦进行了大量的研究，采用的较为成熟的太阳能集热系统方案为槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热器、碟式太阳能集热器之一或其组合，但上述方案存在三个基本问题难以解决，其一，占用场地大，投资大，且太阳能集热系统的建设对场址的选择要求高，一般的乡村场址不能满足建设太阳能集热系统的要求，而且，现有的太阳能集热系统的大空间场对生态影响大；其二，只能白天发电，晚上即停，为此，有研究者提供了白天以熔盐等材料蓄热留给晚上发电的技术方案，但以大量的熔盐等材料蓄集热能方案先不论投资大小及可行性，对于乡村的环境和人员素质来说必然存在安全隐患和环境污染隐患；其三是随白天的日照强度及太阳光移动供给超临界二氧化碳发电系统的涡轮机的超临界二氧化碳的温度和压力变化，导致输出电能及电压、电流波动大，过大过频的输出电能及电压、电流的波动将极不利于生活用电和生产用电。现有的各类利用太阳能发电方法与广阔的乡村状况大多极不匹配。

鉴于此，迫切需要开发一种适应于乡村状况的、利于广阔乡村节能减排的超临界CO2发电的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可就近利用乡村中量大的可再生生物质资源和太阳能为能源、且运行稳定、自耗能低、投资低、运行成本低的适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，主要包括液态CO₂储罐、CO₂高压泵送装置、生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置、稳流调节器、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却器和压缩机，所述太阳能CO₂蓄能装置包括集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置，所述液态CO₂储罐的出口与CO₂高压泵送装置的进口相连通，所述CO₂高压泵送装置的出口分别与集光CO₂蓄能装置进口、生物质炉CO₂蓄能装置进口相连通，所述集光CO₂蓄能装置出口与透镜聚能装置进口相连通，所述透镜聚能装置出口、生物质炉CO₂蓄能装置出口分别与稳流调节器进口连通，所述稳流调节器出口与涡轮机/活塞式膨胀机进口连通，所述涡轮机/活塞式膨胀机与发电机轴连接，所述涡轮机/活塞式膨胀机出口与回热器低压流体进口连通，所述回热器低压流体出口与冷却器进口连通，所述冷却器出口与压缩机的进口连通，所述压缩机出口分别与液态CO₂储罐的进口、回热器高压流体进口连通，所述回热器高压流体出口分别与集光CO₂蓄能装置进口、生物质炉CO₂蓄能装置进口相连通。系统超临界CO₂流体压力稳定在一定压力范围时，可关闭CO₂高压泵送装置，超临界CO₂流体在压缩机的作用下实现CO₂循环发电。

进一步，所述的生物质炉CO₂蓄能装置为经CO₂高压泵送装置和/或压缩机送入的CO₂直接吸收生物质炉中生物质燃料燃烧释放的700℃～1500℃高温热能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。所述的生物质炉CO₂蓄能装置主要包括生物质炉和设置于生物质炉内的CO₂蓄能机构；所述的生物质炉是指以秸秆稻草枝叶等生物质为燃料的炉，包括乡村居民家用沸腾炉和/或炉排炉和/或层燃炉等；所述的CO₂蓄能机构含热交换器。所述的生物质炉CO₂蓄能装置可为两套以上并联使用。

进一步，所述的太阳能CO₂蓄能装置为经CO₂高压泵送装置和/或压缩机送入的CO₂在集光CO₂蓄能装置吸收蓄集80℃～300℃的日光热能后，进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～800℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。

进一步，所述的集光CO₂蓄能装置主要包括支架Ⅰ、中温蓄能机构、反射机构、逆止阀Ⅰ、调节阀Ⅰ和安全阀Ⅰ，所述中温蓄能机构固定在支架Ⅰ上，所述反射机构设置在支架Ⅰ周围，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述逆止阀Ⅰ设置于集光CO₂蓄能装置入口处；所述透镜聚能装置主要包括支架Ⅱ、高温蓄能机构、凸透镜机构、逆止阀Ⅱ、调节阀Ⅱ和安全阀Ⅱ，所述高温蓄能机构固定在支架Ⅱ上，所述凸透镜机构设置在支架Ⅱ周围，所述凸透镜机构将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述调节阀Ⅱ、安全阀Ⅱ设置于透镜聚能装置出口处；所述集光CO₂蓄能装置的出口和透镜聚能装置的进口通过调节阀Ⅰ、逆止阀Ⅱ相连通，所述安全阀Ⅰ设置于集光CO₂蓄能装置出口处；所述集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置集中于一处放置或分开放置。

进一步，所述的中温蓄能机构、高温蓄能机构为热交换器。

进一步，所述的集光CO₂蓄能装置还设有蓄热材料和隔热材料，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。

进一步，所述的透镜聚能装置还设有蓄热材料和隔热材料，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。

进一步，所述的太阳能CO₂蓄能装置为两套以上并联使用。

进一步，所述的稳流调节器为将生物质炉CO₂蓄能装置和太阳能CO₂蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO₂流体调整为等压热态超临界CO₂流体的装置。

进一步，所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。

进一步，所述的回热器为箱式热交换器和/或板式热交换器和/或盘式热交换器和/或螺旋绕管式热交换器和/或列管式热交换器，工作介质为超临界CO₂流体。回热器为经冷却器、压缩机流出的常温下超临界CO₂流体与涡轮机/活塞式膨胀机出口流出的带余热的超临界CO₂流体进行充分的热交换后进入CO₂蓄能装置蓄能，进一步提高装备系统的发电效率。

进一步，所述的生物质燃料沸腾炉和/或炉排炉和/或层燃炉可以因情适宜加以利用。

本实用新型的技术原理与技术优势：

1）为适应广大乡村环境变化的能源条件，以低投资的易于实现清洁燃烧的生物质炉，利用大量产生的秸秆稻草枝叶等生物质燃料能源改造成设置生物质炉CO₂蓄能装置高效的获取生物质产生的高温能源；为利用广阔乡村随经纬度自然地势与季节时辰变化的太阳能，设置成套配置的集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置获取太阳能产生的高温能源；如此，可因地制宜，且最低投资下，满足超临界CO₂循环发电所需的高温能源条件。

2）设置液态CO₂储存罐，并以低功率、低能耗的高压泵装置输送液态CO₂储存罐中的CO₂，以满足广大的边远乡村较差的不理想的经济环境条件要求，并大幅降低生产运行中的自耗电能。

3）利用CO₂的特性，设置直热式的CO₂蓄能装置，以CO₂蓄能装置中的超临界CO₂流体为工质，直接吸收蓄集不同温度、不同热力强度的热能，直接将超临界CO₂流体转化为不同蓄能密度的高压热态的超临界CO₂流体，机构虽简单但蓄能速度快、效率高。

4）为解决现有的太阳能集热系统对场址要求高、占地宽、投资大等问题，设置占地小、投资小、便于随地形捕集太阳能的“集光CO₂蓄能装置+透镜聚能装置”成套匹配的新型太阳能蓄能装置，以便于广阔乡村随地形安装的“集光CO₂蓄能装置”获取80℃～300℃中低温的日光能源，再以“透镜聚能装置”的凸透镜聚焦阳光产生300℃～800℃高温能源，获得超临界CO₂发电所需的高蓄能密度的高温高压超临界CO₂流体。可以随需要分散设置若干套“集光CO₂蓄能装置+透镜聚能装置”太阳能蓄能装置。

5）设置稳流调节器，以稳流调节器将分散设置的若干个生物质炉CO₂蓄能装置、若干个太阳能蓄能装置（集光CO₂蓄能装置+透镜聚能装置）产生的不同温度、不同压力、不同能量密度的超临界CO₂流体调整为等压热态超临界CO₂流体，以等压热态超临界CO₂流体稳定供给涡轮机或活塞式膨胀机做功驱动发电机发电，可稳定发电系统运行工况和电能输出。

6）同时设置低投资的利用乡村天然的生物质热能生物质炉CO₂蓄能装置、及太阳能蓄能装置（含集光CO₂蓄能装置+透镜聚能装置），既就地利用了乡村的生物质低碳能源，可自然化解各级政府年年严查督办的乡村生物质随地焚烧问题，又解决了完全“靠天吃饭”及晚上不能发电或无稳定电能的问题，利于乡村生活/生产之用电或供电网外卖创收。

本实用新型的有益效果：

1）针对广大乡村具有的生物质能源条件、多样化的地形地貌和日照条件及经济环境条件，开发的适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，装备较简单，占地面积小，投资小，系统自耗能低，产能高，运行费用低，系统装备操控简单而可靠，易于实现自动化控制，具有良好的实用性和经济性。

2）既可有效解决广大的乡村每年大量的生物质就地焚烧影响环境空气和航空安全的问题，又可就地以可再生的低碳能源高效能的生产大量的电能满足生活、生产之需，在广大的乡村推广应用，可有效降减日益增长的煤电生产对环境的巨大污染。

3）适应于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，有益于CCS技术的推广应用和全球应对气候变化的碳减排行动，可避免CO₂的深层地质封存和深海封存对地球环境造成的不可预期的影响，如液化CO₂将地质层甲烷和深海水合物甲烷大规模置换进入地球大气圈可能造成的灾难性风险。

4）利于乡村经济的发展，能促进广大乡村的就业和创业，增加乡村收入和社会财富，利于社会稳定。

附图说明

图1 为本实用新型适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统。

图2 为一种设有1套沸腾炉CO₂蓄能装置和2套太阳能CO₂蓄能装置的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统示意图。

图3 为一种设有2套沸腾炉CO₂蓄能装置和1套太阳能CO₂蓄能装置的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统示意图。

图4 为一种沸腾炉CO₂蓄能装置的装备系统示意图。

图5 为一种太阳能CO₂蓄能装置的装备系统示意图。

图6 为一种稳流调节器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。

参照图1，适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，主要包括液态CO₂储罐1、CO₂高压泵送装置2、生物质炉CO₂蓄能装置3、太阳能CO₂蓄能装置4、稳流调节器5、涡轮机/活塞式膨胀机6、发电机7、回热器8、冷却器9和压缩机9A，所述太阳能CO₂蓄能装置4包括集光CO₂蓄能装置4A和透镜聚能装置4B，所述液态CO₂储罐1的出口经第一管道阀101与CO₂高压泵送装置2的进口相连通，CO₂高压泵送装置2的出口经第一逆止阀201与第一三通阀202连通，第一三通阀202与第二三通阀203连通，第二三通阀203经第二管道阀401与集光CO₂蓄能装置4A进口相连通，集光CO₂蓄能装置4A出口与透镜聚能装置4B进口相连通，透镜聚能装置4B出口经第四管道阀503与稳流调节器5进口连通，第二三通阀203经第三管道阀301与生物质炉CO₂蓄能装置3进口连通，生物质炉CO₂蓄能装置3的出口经第五管道阀302、第六管道阀502与稳流调节器5进口连通，所述稳流调节器5出口经第七管道阀501与涡轮机/活塞式膨胀机6进口连通，所述涡轮机/活塞式膨胀机6与发电机7轴连接，所述涡轮机/活塞式膨胀机6出口与回热器8低压流体进口连通，所述回热器8低压流体出口与冷却器9进口连通，冷却器9出口与压缩机9A的进口连通，CO₂工质通过第八管道阀901进入冷却器9、压缩机9A，所述压缩机9A出口与第三三通阀104连通，第三三通阀104经第九管道阀103、第二逆止阀102与液态CO₂储罐1的进口连通，第三三通阀104经第三逆止阀105、第十管道阀106与回热器8的高压流体进口连通，回热器8的高压流体出口与第一三通阀202连通。系统超临界CO₂流体压力稳定在一定压力范围时，可关闭CO₂高压泵送装置2及第九管道阀103，超临界CO₂流体在压缩机9A的作用下实现CO₂循环发电。

所述的生物质炉CO₂蓄能装置3为经CO₂高压泵送装置2和/或压缩机9A送入的CO₂直接吸收生物质炉中生物质燃料燃烧释放的700℃～1500℃高温热能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。所述的生物质炉CO₂蓄能装置主要包括生物质炉和设置于生物质炉内的CO₂蓄能机构；所述的生物质炉是指以秸秆稻草枝叶等生物质为燃料的炉，包括乡村居民家用沸腾炉和/或炉排炉和/或层燃炉等；所述的CO₂蓄能机构含热交换器。所述的生物质炉CO₂蓄能装置可为两套以上并联使用。

所述的太阳能CO₂蓄能装置4为经CO₂高压泵送装置2和/或压缩机9A送入的CO₂在集光CO₂蓄能装置4A吸收蓄集80℃～300℃的日光热能后，进入透镜聚能装置4B继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～1000℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。所述的太阳能CO₂蓄能装置可为两套以上并联使用。

所述的稳流调节器5为将生物质炉CO₂蓄能装置3和太阳能CO₂蓄能装置4产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的超临界CO₂流体调整为等压热态超临界CO₂流体的装置。

所述的回热器8为经冷却器9、压缩机9A流出的高压常温CO₂流体与涡轮机/活塞式膨胀机6出口流出的带余热的低压CO₂流体进行充分的热交换后进入CO₂蓄能装置蓄能，进一步提高装备系统的发电效率。

实施例1

参照图2，一种设有1套沸腾炉CO₂蓄能装置和2套太阳能CO₂蓄能装置的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，主要包括液态CO₂储罐1、CO₂高压泵送装置2、沸腾炉CO₂蓄能装置3、太阳能CO₂蓄能装置4、第二太阳能CO₂蓄能装置4ˊ、稳流调节器5、涡轮机6、发电机7、回热器8、冷却器9和压缩机9A；所述太阳能CO₂蓄能装置4包括集光CO₂蓄能装置4A和透镜聚能装置4B，所述第二太阳能CO₂蓄能装置4ˊ包括第二集光CO₂蓄能装置4Aˊ和第二透镜聚能装置4Bˊ；所述液态CO₂储罐1的出口经第一管道阀101与CO₂高压泵送装置2的进口相连通，CO₂高压泵送装置2的出口经第一逆止阀201与第一三通阀202连通，第一三通阀202与第二三通阀203连通，第二三通阀203经第三管道阀301与生物质炉CO₂蓄能装置3进口连通，第二三通阀203经第四三通阀204分别与第二管道阀401、第十一管道阀401ˊ连通，第二管道阀401与集光CO₂蓄能装置4A进口连通，集光CO₂蓄能装置4A出口与透镜聚能装置4B进口连通，透镜聚能装置4B出口经第四管道阀503与稳流调节器5进口连通，第十一管道阀401ˊ与第二集光CO₂蓄能装置4Aˊ进口连通，第二集光CO2蓄能装置4Aˊ出口与第二透镜聚能装置4Bˊ进口连通，第二透镜聚能装置4Bˊ出口经第十二管道阀504与稳流调节器5进口连通；所述生物质炉CO₂蓄能装置3出口经第五管道阀302、第六管道阀502与稳流调节器5进口连通，所述稳流调节器5出口经第七管道阀501与涡轮机6进口连通，所述涡轮机6与发电机7轴连接，等压热态超临界CO₂流体供涡轮机6作功驱动发电机7发电，所述涡轮机6出口与回热器8低压流体进口连通，所述回热器8低压流体出口与冷却器9进口连通，带余热的CO₂从涡轮机6出口经回热器8进行热交换后，进冷却器9进口，冷却器9出口与压缩机9A的进口连通，CO₂工质通过第八管道阀901进入冷却器9、压缩机9A，压缩机9A出口与第三三通阀104连通，第三三通阀104经第九管道阀103、第二逆止阀102与液态CO₂储罐1的进口连通，第三三通阀104经第三逆止阀105、第十管道阀106与回热器8的高压流体进口连通，回热器8的高压流体出口与第一三通阀202连通。系统超临界CO₂流体压力稳定在一定压力范围时，可关闭CO₂高压泵送装置2及第九管道阀103，超临界CO₂流体在压缩机9A的作用下实现CO₂循环发电。

本实施例中，所述的太阳能CO₂蓄能装置4、第二太阳能CO₂蓄能装置4ˊ并联使用，当然，也可设置更多套的太阳能CO₂蓄能装置并联使用，以提高发电功率。

实施例2

参照图3，一种设有2套沸腾炉CO₂蓄能装置和1套太阳能CO₂蓄能装置的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，主要包括液态CO₂储罐1、第二液态CO₂储罐1ˊ、CO₂高压泵送装置2、第二CO₂高压泵送装置2ˊ、沸腾炉CO₂蓄能装置3、第二沸腾炉CO₂蓄能装置3ˊ、太阳能CO₂蓄能装置4、稳流调节器5、涡轮机6、发电机7、回热器8、冷却器9和压缩机9A；所述太阳能CO₂蓄能装置4包括集光CO₂蓄能装置4A和透镜聚能装置4B；所述液态CO₂储罐1的进口与第二液态CO₂储罐1ˊ的进口经第二逆止阀102、第九管道阀103、第三三通阀104、第十三管道阀103ˊ、第四逆止阀102ˊ连通，所述液态CO₂储罐1的出口经第一管道阀101与CO₂高压泵送装置2的进口连通，CO₂高压泵送装置2出口经第一逆止阀201与分配阀205连通，第二液态CO₂储罐1ˊ的出口经第十四管道阀101ˊ与第二CO₂高压泵送装置2ˊ的进口连通，第二CO₂高压泵送装置2ˊ出口经第五逆止阀201ˊ与第二三通阀203连通；第二三通阀203经第二管道阀401与集光CO₂蓄能装置4A进口连通，集光CO₂蓄能装置4A出口与透镜聚能装置4B进口连通，透镜聚能装置4B出口经第十二管道阀504与稳流调节器5进口连通；分配器205分别与第二三通阀203、第一逆止阀201、回热器8冷出口、第一三通阀202连通，第一三通阀202分别经第三管道阀301与生物质炉CO₂蓄能装置3连通、第十五管道阀301ˊ与第二生物质炉CO₂蓄能装置3ˊ进口连通，生物质炉CO₂蓄能装置3出口经第五管道阀302、第六管道阀502与稳流调节器5进口连通，第二生物质炉CO₂蓄能装置3ˊ出口第十六管道阀302ˊ、 第四管道阀503与稳流调节器5进口连通；所述稳流调节器5出口经第七管道阀501与涡轮机6进口连通，所述涡轮机6与发电机7轴连接，等压热态超临界CO₂流体供涡轮机6作功驱动发电机7发电，所述涡轮机6出口与回热器8低压流体进口连通，所述回热器8低压流体出口与冷却器9进口连通，带余热的CO₂从涡轮机6出口经回热器8进行热交换后，进冷却器9进口，冷却器9出口与压缩机9A的进口连通，CO₂工质通过第八管道阀进入冷却器9、压缩机9A，压缩机9A出口与第四三通阀107连通，第四三通阀107与第三三通阀104连通，第四三通阀107经第三逆止阀105、第十管道阀106与回热器8的高压流体进口连通，回热器8的高压流体出口与第一三通阀202连通。系统超临界CO₂流体压力稳定在一定压力范围时，可关闭CO₂高压泵送装置2、第二CO₂高压泵送装置2ˊ、第九管道阀103、第十三管道阀103ˊ，超临界CO₂流体在压缩机9A的作用下实现CO₂循环发电。

本实施例中，所述的液态CO₂储罐1、CO₂高压泵送装置2、沸腾炉CO₂蓄能装置3可多套并联使用，提高发电功率。

所述的实施例1和实施例2中，所述的沸腾炉CO₂蓄能装置，如图4所示，主要包括入口调节阀3-1、出口调节阀3-2、沸腾炉3-3、CO₂蓄能机构3-4、逆止阀3-5、安全阀3-6、温压感应器3-7和支吊架3-8；所述CO₂蓄能机构3-4用支吊架3-8固定在沸腾炉3-3的内壁上，或嵌入内壁耐火材料中，所述入口调节阀3-1、逆止阀3-5设置于沸腾炉3-3的低温区外，与沸腾炉3-3内的CO₂蓄能机构3-4的进口相连通，所述出口调节阀3-2、安全阀3-6、温压感应器3-7设置于沸腾炉3-3的外，与沸腾炉3-3的高温区内的CO₂蓄能机构304的出口相连通。

所述的实施例1和实施例2中，所述的太阳能CO₂蓄能装置，如图5所示，主要包括集光CO₂蓄能装置4A和透镜聚能装置4B，所述集光CO₂蓄能装置4A主要包括支架Ⅰ4A1、中温蓄能机构4A2、反射机构4A3、逆止阀Ⅰ4A4、调节阀Ⅰ4A5和安全阀Ⅰ4A6，所述中温蓄能机构4A2固定在支架Ⅰ4A1上，所述反射机构4A3设置在支架Ⅰ4A1周围，所述反射机构4A3将太阳光能聚集至中温蓄能机构4A2的集光面上，所述逆止阀Ⅰ4A4设置于集光CO₂蓄能装置4A入口处；所述透镜聚能装置4B主要包括支架Ⅱ4B1、高温蓄能机构4B2、凸透镜机构4B3、逆止阀Ⅱ4B4、调节阀Ⅱ4B5和安全阀Ⅱ4B6，所述高温蓄能机构4B2固定在支架Ⅱ4B1上，所述凸透镜机构4B3设置在支架Ⅱ4B1周围，凸透镜机构4B3将太阳光能聚焦至高温蓄能机构4B2的聚光面上，所述调节阀Ⅱ4B5、安全阀Ⅱ4B6设置于透镜聚能装置4B出口处，集光CO₂蓄能装置4A的出口和透镜聚能装置4B的进口通过调节阀Ⅰ4A5、逆止阀Ⅱ4B4相连通，所述安全阀Ⅰ4A6设置于集光CO₂蓄能装置4A出口处；所述集光CO₂蓄能装置4A和透镜聚能装置4B集中于一处放置或分开放置。

所述的中温蓄能机构4A2、高温蓄能机构4B2为热交换器。

在此基础上，所述集光CO₂蓄能装置还可设置蓄热材料和隔热材料，所述中温蓄能机构4A2设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆。

在此基础上，所述透镜聚能装置还可设置蓄热材料和隔热材料，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。

上述的集光CO₂蓄能装置4A用于吸收日光蓄集80℃～300℃的热能，透镜聚能装置4B用于吸收聚焦光能蓄集300℃～1000℃的热能，上述集光CO₂蓄能装置4A、透镜聚能装置4B可根据蓄能效率多套串联或并联组合使用。

所述的实施例1和实施例2中，所述的稳流调节器，如图6所示，包括稳流调节器本体41、导流混合机构42、进口管路43和出口管路44；所述导流混合机构42设置在稳流调节器本体41内，所述进口管路43和出口管路44均设置在稳流调节器本体41上；所述进口管路43与生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置的出口连接；所述出口管路44与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接；所述进口管路43上设置有第一温压感应器431、流量计432、分配器433、第三逆止阀434；所述出口管道44设置有调压阀441、第二温压感应器442；所述导流混合机构42包括螺旋叶片421、折流板422或多孔板423中的至少一种。

波动的、不同温度和不同热能密度的高压热态超临界CO₂流体经生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置的出口流出后，进入进口管路43，通过第一温压感应器431检测管路中的超临界CO₂流体的温度和压力，依照涡轮机/活塞式膨胀机发电需要的超临界CO₂流体的温度和压力，通过流量计432检测流量，分配器433控制管路上各种超临界CO₂流体的流量，使得进入稳流调节器本体41内的超临界CO₂流体经过导流混合机构42的作用后，出口管路44上的第二温压感应器442检测管路中输出的等压等温的超临界CO₂流体的温度和压力符合要求。

Claims (10)

1.一种适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：主要包括生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置、稳流调节器、液态CO₂储罐、CO₂高压泵送装置、涡轮机/活塞式膨胀机、发电机、回热器、冷却器和压缩机，所述太阳能CO₂蓄能装置包括集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置，所述液态CO₂储罐的出口与CO₂高压泵送装置的进口相连通，所述CO₂高压泵送装置的出口分别与集光CO₂蓄能装置进口、生物质炉CO₂蓄能装置进口相连通，所述集光CO₂蓄能装置出口与透镜聚能装置进口相连通，所述透镜聚能装置出口、生物质炉CO₂蓄能装置出口分别与稳流调节器进口连通，所述稳流调节器出口与涡轮机/活塞式膨胀机进口连通，所述涡轮机/活塞式膨胀机与发电机轴连接，所述涡轮机/活塞式膨胀机出口与回热器低压流体进口连通，所述回热器低压流体出口与冷却器进口连通，所述冷却器出口与压缩机的进口连通，所述压缩机出口分别与液态CO₂储罐的进口、回热器高压流体进口连通，所述回热器高压流体出口分别与集光CO₂蓄能装置进口、生物质炉CO₂蓄能装置进口相连通。

2.根据权利要求1所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述的生物质炉CO₂蓄能装置为经CO₂高压泵送装置和/或压缩机送入的CO₂直接吸收生物质炉中生物质燃料燃烧释放的700℃～1500℃高温热能转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。

3.根据权利要求2所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述的生物质炉CO₂蓄能装置主要包括生物质炉和设置于生物质炉内的CO₂蓄能机构；所述的生物质炉是指以生物质为燃料的炉，包括乡村居民家用沸腾炉和/或炉排炉和/或层燃炉；所述的CO₂蓄能机构含热交换器。

4.根据权利要求3所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：述的生物质炉CO₂蓄能装置为两套以上并联使用。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述的太阳能CO₂蓄能装置为经CO₂高压泵送装置和/或压缩机送入的CO₂在集光CO₂蓄能装置吸收蓄集80℃～300℃的日光热能后，进入透镜聚能装置继续吸收凸透镜聚焦阳光产生的300℃～800℃高温热能，转化为高蓄能密度的高压热态超临界CO₂流体的装置。

6.根据权利要求5所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述集光CO₂蓄能装置主要包括支架Ⅰ、中温蓄能机构、反射机构、逆止阀Ⅰ、调节阀Ⅰ和安全阀Ⅰ，所述中温蓄能机构固定在支架Ⅰ上，所述反射机构设置在支架Ⅰ周围，所述反射机构将太阳光能聚集至中温蓄能机构的集光面上，所述逆止阀Ⅰ设置于集光CO₂蓄能装置入口处；所述透镜聚能装置主要包括支架Ⅱ、高温蓄能机构、凸透镜机构、逆止阀Ⅱ、调节阀Ⅱ和安全阀Ⅱ，所述高温蓄能机构固定在支架Ⅱ上，所述凸透镜机构设置在支架Ⅱ周围，凸透镜机构将太阳光能聚焦至高温蓄能机构的聚光面上，所述调节阀Ⅱ、安全阀Ⅱ设置于透镜聚能装置出口处，所述集光CO₂蓄能装置的出口和透镜聚能装置的进口通过调节阀Ⅰ、逆止阀Ⅱ相连通，所述安全阀Ⅰ设置于集光CO₂蓄能装置出口处；所述集光CO₂蓄能装置和透镜聚能装置集中于一处放置或分开放置。

7.根据权利要求6所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述集光CO₂蓄能装置还设有蓄热材料和隔热材料，所述中温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述中温蓄能机构的非集光面为隔热材料所包覆；所述透镜聚能装置还设有蓄热材料和隔热材料，所述高温蓄能机构设置在蓄热材料中，所述高温蓄能机构的非聚光面为隔热材料所包覆。

8.根据权利要求7所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述的太阳能CO₂蓄能装置为两套以上并联使用。

9.根据权利要求1或2所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述的稳流调节器为将生物质炉CO₂蓄能装置和太阳能CO₂蓄能装置产生的波动的和/或不同温度不同热能密度的高压热态CO₂流体调整为等压热态超临界CO₂流体的装置。

10.根据权利要求9所述的适用于乡村的二氧化碳循环发电的装备系统，其特征在于：所述稳流调节器包括稳流调节器本体、导流混合机构、进口管路和出口管路；所述导流混合机构设置在稳流调节器本体内，所述进口管路和出口管路均设置在稳流调节器本体外侧上；所述进口管路与生物质炉CO₂蓄能装置、太阳能CO₂蓄能装置的出口连接；所述出口管路与涡轮机/活塞式膨胀机的进口连接。